أملاً بإعادة نمو للأطراف البشرية.. علماء يتمكنون من إنماء ساق ضفدع

طوّر علماء طريقة تمكّنت من إنماء أرجل الضفادع، وعادت للضفادع ساقها المفقودة بعد أشهر من العلاج، نتيجة التعرض لمدة 24 ساعة فقط لخمسة عقاقير تم وضعها تحت مفاعل حيوي.

بالنسبة لملايين المرضى الذين فقدوا أطرافهم لأسباب تتراوح من مرض السكري إلى الحوادث، فإن إمكانية استعادة الطرف المفقود بواسطة التجديد الطبيعي كانت بعيدة المنال.

لكن في دراسة نُشرت في مجلة Sciene Advcances، اقترب العلماء في جامعة Tufts ومعهد Wyss التابع لجامعة هارفارد خطوة من تحقيق هدف الطب التجديدي.

بالنسبة للضفادع البالغة، التي لا تستطع بطبيعة الحال تجديد الأطراف، تمكن الباحثون من إعادة نمو الساق المفقودة باستخدام مزيج من خمسة أدوية تم وضعه في قبة مفاعل حيوي من السيليكون. التي يمكن ارتداؤها وتغلق الإكسير فوق الجذع لمدة 24 ساعة فقط، بعدها تبدأ فترة العلاج لمدة 18 شهراً من أجل إعادة النمو للساق وتستعيد حالتها الوظيفية.

تمتلك العديد من الكائنات القدرة على التجدد الكامل لبعض الأطراف على الأقل، بما في ذلك السمندل ونجم البحر وسرطان البحر والسحالي. البشر قادرون على إغلاق الجروح بنمو أنسجة جديدة، وتتمتع أكبادنا بقدرة ملحوظة على التجدد إلى الحجم الكامل بعد خسارة بنسبة 50٪.

لكن فقدان أحد الأطراف الكبيرة والمعقدة من الناحية الهيكلية - الذراع أو الساق - لا يمكن تعويضه عن طريق أي عملية طبيعية للتجدد في البشر أو الثدييات.

أطلق باحثو جامعة تافتس عملية التجدد على الضفادع الأفريقية المخلبية من خلال تغليف الجرح بغطاء سيليكون، الذي يسمونه BioDome، الذي يحتوي على هلام بروتين حريري محمل بمزيج مكون من خمسة أدوية.

حقق كل دواء غرضاً مختلفاً، بما في ذلك الحد من الالتهاب، وتثبيط إنتاج الكولاجين الذي قد يؤدي إلى التندب، وتشجيع النمو الجديد للألياف العصبية والأوعية الدموية والعضلات. قدم المفاعل الحيوي بيئة محلية وإشارات قلبت المقاييس بعيداً عن الميل الطبيعي لإغلاق الجذع، ونحو عملية التجدد.

لاحظ الباحثون نمواً كبيراً في الأنسجة في العديد من الضفادع المعالجة، مما أدى إلى إعادة تكوين ساق تعمل بكامل طاقتها تقريباً. وكان للأطراف الجديدة بنية عظمية ممتدة بسمات مشابهة لبنية عظام الأطراف الطبيعية، إضافةً للأنسجة الداخلية (بما في ذلك الخلايا العصبية)، ونمت عدة "أصابع" من نهاية الطرف، على الرغم من عدم وجود دعم من العظام الأساسية.

تحرك الطرف الذي نما مجدداً واستجاب للمنبهات مثل لمسة من ألياف صلبة، وتمكنت الضفادع من الاستفادة منها للسباحة في الماء، متحركاً مثل الضفدع العادي.

وتقول نيروشا موروغان، الشركة البحثية في مركز ألن ديسكفري في تافتس والمؤلفة الأولى للورقة البحثية: "من المثير أن نرى أن الأدوية التي اخترناها تساعد في تكوين طرف شبه كامل". "حقيقة أنه لم يتطلب سوى التعرض لفترة وجيزة للعقاقير لبدء عملية تجديد لمدة شهور تشير إلى أن الضفادع وربما الحيوانات الأخرى قد يكون لها قدرات تجديد خامدة يمكن تفعيلها".

درس الباحثون الآليات التي يمكن من خلالها أن يؤدي التدخل القصير إلى نمو طويل الأمد. في غضون الأيام القليلة الأولى بعد العلاج، اكتشفوا تنشيط المسارات الجزيئية المعروفة التي تُستخدم عادةً في الجنين النامي لمساعدة الجسم على التشكل.

يمكن أن يسمح تنشيط هذه المسارات بتنشيط النمو وتنظيم الأنسجة ليتم التعامل معها من قبل الطرف نفسه، على غرار الطريقة التي تحدث في الجنين، بدلاً من طلب تدخل علاجي مستمر على مدى الأشهر العديدة التي يستغرقها نمو الطرف.

كيف يعمل BioDome

تعيش الحيوانات القادرة بشكل طبيعي على التجدد في الغالب في بيئة مائية. المرحلة الأولى من النمو بعد فقدان أحد الأطراف هي تكوين كتلة من الخلايا الجذعية في نهاية الجذع تسمى (blastema)، التي تستخدم لإعادة بناء الجزء المفقود تدريجياً. ويتم تغطية الجرح بسرعة بواسطة خلايا الجلد في غضون الـ 24 ساعة الأولى بعد الإصابة، مما يحمي الأنسجة المعاد بناؤها.

ويؤكد ديفيد كابلان، أستاذ الهندسة في عائلة ستيرن في جامعة تافتس وزملاؤه: "عادةً ما تتعرض إصابات الثدييات والحيوانات الأخرى التي تتجدد خلاياها للهواء أو تتلامس مع الأرض، ويمكن أن تستغرق أياماً إلى أسابيع حتى تغلق الندبة بأنسجة ". ويضيف: "إن استخدام غطاء BioDome في أول 24 ساعة يساعد في محاكاة بيئة شبيهة بالجنين، التي جنباً إلى جنب مع الأدوية المناسبة، تسمح لعملية إعادة البناء بالمضي قدمًا دون تدخل النسيج الندبي."

الخطوات التالية في الضفادع والثدييات

أظهر العمل السابق الذي قام به فريق Tufts درجة كبيرة من نمو الأطراف الناجم عن عقار واحد، البروجسترون، مع BioDome. ومع ذلك، نما الطرف الناتج على شكل مسمار وكان بعيداً عن الطرف الوظيفي ذو الشكل الطبيعي الذي تم تحقيقه في الدراسة الحالية.

يمثل المزيج المكون من خمسة عقاقير معلماً هاماً نحو استعادة أطراف الضفادع الوظيفية بالكامل، ويقترح المزيد من الاستكشاف لمجموعات الأدوية وعوامل النمو التي يمكن أن تؤدي إلى إعادة نمو الأطراف التي تكون أكثر اكتمالاً وظيفياً، بأصابع طبيعية، وأكثر تفصيلاً للهيكل العظمي والميزات العضلية.

ويشير الباحث مايكل ليفين، أستاذ علم الأحياء في مدرسة الفنون والعلوم بفانيفار بوش، ومدير مركز ألن ديسكفري في تافتس، وعضو هيئة التدريس المشارك في جامعة تافتس: "سنختبر كيف يمكن تطبيق هذا العلاج على الثدييات بعد ذلك".

وقال: "إن تغطية الجرح المفتوح ببيئة سائلة تحت BioDome، بمزيج من الدواء المناسب، يمكن أن يوفر الإشارات الأولية اللازمة لبدء عملية التجدد". "إنها استراتيجية تركز على إطلاق برامج النمذجة التشريحية الكامنة المتأصلة، وليس الإدارة الدقيقة للنمو المعقد، لأن الحيوانات البالغة لا تزال لديها المعلومات اللازمة لتكوين هياكل أجسامها".

ليفانت نيوز_ Science Advances